JP5333663B2 - Vehicle fuel cell system and fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池を備えた車両用燃料電池システムおよび燃料電池車両に関する。 The present invention relates to a fuel cell system for a vehicle including a fuel cell and a fuel cell vehicle.
近年、反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)の電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とする燃料電池システムが注目されている。この燃料電池システムを車載した車両には、車両床下へシステムを搭載したものがある。 In recent years, a fuel cell system that uses a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction of reaction gases (fuel gas and oxidizing gas) as an energy source has attracted attention. Some vehicles equipped with this fuel cell system have the system mounted under the vehicle floor.
このように、車両床下へシステムを搭載する技術として、燃料電池と、コンバータと、補機とを床下に配置し、その際に燃料電池の左右にコンバータを配置したもの(例えば、特許文献1参照)、燃料電池と、補機と、コンバータ回路とを車両の床下に配置し、電気配線を単純化したもの(例えば、特許文献2参照)、車両フロアに昇圧コンバータ、燃料電池を配置した構造のものなどがある(例えば、特許文献3参照)。 As described above, as a technique for mounting the system under the vehicle floor, a fuel cell, a converter, and an auxiliary machine are arranged under the floor, and at that time, a converter is arranged on the left and right sides of the fuel cell (for example, see Patent Document 1). ), A fuel cell, an auxiliary machine, and a converter circuit are arranged under the floor of the vehicle, and electrical wiring is simplified (for example, see Patent Document 2), and a boost converter and a fuel cell are arranged on the vehicle floor. (For example, refer to Patent Document 3).
また、燃料電池、補機を車両前部の空間内に配置し、重心バランスを安定させた構造のもの(例えば、特許文献4参照)、車両床下に補機、燃料電池、電力変換装置の順に配置し、レイアウト性を高めた構造のもの(例えば、特許文献5参照)、さらには、車両床下に補機、燃料電池、電力変換調整装置の順に配置し、配管の短縮化を図った構造のものもある(例えば、特許文献6参照)。 In addition, a fuel cell and an auxiliary machine are arranged in the space in the front part of the vehicle and the balance of the center of gravity is stabilized (for example, refer to Patent Document 4), and the auxiliary machine, the fuel cell, and the power conversion device are arranged in this order under the vehicle floor. Arranged and improved layout (for example, see Patent Document 5), and further arranged in the order of auxiliary equipment, fuel cell, power conversion adjustment device under the vehicle floor to shorten the piping There are some (see, for example, Patent Document 6).
ところで、車両床下のスペースは、十分な室内スペースを確保するために、車幅方向及び高さ方向へ制限される。
このため、燃料電池システムを構成する燃料電池、補機、コンバータ(以下、これらを総称して「システム構成要素」ということがある。)を車両床下に車載する場合には、システム構成要素のみならず、システム構成要素間を連結する配管や配線の配索性(配線作業の容易化、配線の単純化等)にも配慮しつつ、床下の限られたスペース内に効率良く配置する必要がある。By the way, the space under the vehicle floor is restricted in the vehicle width direction and the height direction in order to secure a sufficient indoor space.
For this reason, when a fuel cell, an auxiliary machine, and a converter (hereinafter, collectively referred to as “system component”) constituting the fuel cell system are mounted on the vehicle floor, only the system component is required. In addition, it is necessary to efficiently arrange in a limited space under the floor while taking into consideration the piping and wiring arrangement of the system components (ease of wiring work, simplification of wiring, etc.).
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、車両用燃料電池システムを床下に効率良く配置可能にすることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to make it possible to efficiently arrange a fuel cell system for a vehicle under the floor.
上記目的を達成するために、本発明の車両用燃料電池システムは、酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の作動に関連する補機と、前記燃料電池の発電電力を変換するコンバータと、を床下に備え、車両前後方向に沿って、前記燃料電池、前記補機および前記コンバータを直列に配置し、前記補機を前記燃料電池と隣り合わせに配置してなる。 In order to achieve the above object, a fuel cell system for a vehicle according to the present invention includes a fuel cell that receives supply of an oxidizing gas and a fuel gas and generates electric power through an electrochemical reaction, and an auxiliary device related to the operation of the fuel cell. A converter for converting the power generated by the fuel cell; and under the floor, the fuel cell, the auxiliary device and the converter are arranged in series along the vehicle longitudinal direction, and the auxiliary device is adjacent to the fuel cell. Arranged.
この構成の車両用燃料電池システムによれば、車両の床下に配置される燃料電池、同じく床下に配置されるコンバータ、および同じく床下に配置される燃料電池用の補機が、車両前後方向に直列に配置されている。このような配置では、コンバータ、補機および燃料電池のそれぞれの間における配管および配線の接続関係(以下、単に「配索」ということがある。)は、燃料電池とコンバータとの間の配線のみ交錯する部分が生じるものの、他は冗長な配索とはならずに良好となる。
このため、これらコンバータ、補機、および燃料電池をそれらに接続された配管および配線も含めて車両床下の車幅方向および上下方向に狭いスペースに効率良く配置することができる。According to the vehicle fuel cell system having this configuration, the fuel cell disposed under the vehicle floor, the converter disposed under the floor, and the fuel cell auxiliary device also disposed under the floor are connected in series in the vehicle longitudinal direction. Is arranged. In such an arrangement, the connection relationship between piping and wiring among the converter, auxiliary equipment and fuel cell (hereinafter simply referred to as “routing”) is only the wiring between the fuel cell and the converter. Intersections occur, but the others are good without being redundant.
For this reason, these converters, auxiliary machines, and fuel cells can be efficiently arranged in a narrow space in the vehicle width direction and the vertical direction under the vehicle floor, including the piping and wiring connected thereto.
また、本発明の車両用燃料電池システムにおいて、前記燃料電池が、酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなると共に、セル積層方向一端部側で酸化ガスおよび燃料ガスが給排されるものである場合には、車両前後方向前側から、前記コンバータ、前記補機、前記燃料電池の順に直列に配置しても良い。 Further, in the fuel cell system for a vehicle according to the present invention, the fuel cell is formed by stacking a required number of single cells that receive the supply of the oxidizing gas and the fuel gas and generate electric power by an electrochemical reaction, and one end side in the cell stacking direction In the case where the oxidizing gas and the fuel gas are supplied and discharged, the converter, the auxiliary device, and the fuel cell may be arranged in series in this order from the front side in the vehicle front-rear direction.
また、本発明の車両用燃料電池システムにおいて、前記燃料電池が、酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなると共に、セル積層方向一端部側で酸化ガスが給排され且つセル積層方向他端部側で燃料ガスが給排されるものである場合には、車両前後方向前側から、前記コンバータ、前記燃料電池、前記補機の順に直列に配置しても良い。 Further, in the fuel cell system for a vehicle according to the present invention, the fuel cell is formed by stacking a required number of single cells that receive the supply of the oxidizing gas and the fuel gas and generate electric power by an electrochemical reaction, and one end side in the cell stacking direction In the case where the oxidizing gas is supplied / discharged and the fuel gas is supplied / discharged on the other end side in the cell stacking direction, the converter, the fuel cell, and the auxiliary device are connected in series in this order from the front side in the vehicle longitudinal direction. It may be arranged.
前記補機は、前記燃料電池への流体給排に関連する機器と、当該機器に接続される配管又は/及び配線とを含むものである。燃料電池への流体給排としては、例えば酸化ガス、燃料ガス、燃料電池やコンバータの冷却に供される冷却液の給排が該当する。 The auxiliary machine includes equipment related to fluid supply and discharge to the fuel cell, and piping or / and wiring connected to the equipment. Examples of the fluid supply / discharge to the fuel cell include supply / discharge of an oxidizing gas, a fuel gas, and a coolant used for cooling the fuel cell and the converter.
本発明の燃料電池車両は、上記いずれかに記載の車両用燃料電池システムを搭載した燃料電池車両であって、車両前部に形成されたコンパートメント内に、前記コンバータと前記補機と前記燃料電池を制御する制御部と、前記燃料電池と前記コンバータを冷却するためのラジエータと、前記コンバータと電気的に接続された車両駆動用のトラクションモータと、前記燃料電池に酸化ガスとしての空気を圧送するエアコンプレッサと、が配置され、前記コンパートメントの後方の車室下に形成された床下空間に、前記コンバータ、前記補機および前記燃料電池が配置されてなる。 A fuel cell vehicle according to the present invention is a fuel cell vehicle equipped with the vehicle fuel cell system according to any one of the above, wherein the converter, the auxiliary device, and the fuel cell are installed in a compartment formed in a front portion of the vehicle. A controller for controlling the fuel, a radiator for cooling the fuel cell and the converter, a traction motor for driving the vehicle electrically connected to the converter, and pressure-feeding air as an oxidizing gas to the fuel cell An air compressor is disposed, and the converter, the auxiliary device, and the fuel cell are disposed in an underfloor space formed below a compartment behind the compartment.
本発明によれば、燃料電池、補機、コンバータをそれらに接続された配管および配線も含めて車両床下に効率良く配置することができる。 According to the present invention, a fuel cell, an auxiliary machine, and a converter can be efficiently arranged under the vehicle floor including piping and wiring connected to them.
まず、本発明に係る燃料電池システムの第1実施形態の全体構成を説明する。この燃料電池システム1は燃料電池車両の車載発電システムであり、燃料電池20、酸化ガス供給系ASS、燃料ガス供給系FSS、燃料電池冷却系FCCS、電力系ES、コンバータ冷却系DCCS、制御部50等を備えている。
First, the overall configuration of the first embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described. The
燃料電池20は、反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)の供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなる燃料電池スタックとして構成されている。酸化ガス供給系ASSは、酸化ガスとしての空気を燃料電池20に供給するための系である。燃料ガス供給系FSSは、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池20に供給するための系である。電力系ESは、電力の充放電を制御するための系である。燃料電池冷却系FCCSは、燃料電池20を冷却するための系である。コンバータ冷却系DCCSは、後述するDC/DCコンバータ41を冷却するための系である。制御部50は、燃料電池システム1全体を統括制御するコントローラである。
The
酸化ガス供給系ASSは、酸化ガス流路11と酸化オフガス流路12とを有している。酸化ガス流路11は、燃料電池20のカソードに供給される酸化ガス(空気)が流れる流路である。酸化オフガス流路12は、燃料電池20から排出された酸化オフガス(空気オフガス)が流れる流路である。
The oxidizing gas supply system ASS has an oxidizing
酸化ガス流路11には、空気(酸化ガス)から微粒子を除去するエアフィルタA1、空気を圧送するエアコンプレッサA2、及び空気に所要の水分を加える加湿器A21、エアコンプレッサA2からの圧送空気の供給を遮断又は許容するための遮断弁A3が設けられている。エアフィルタA1には、空気流量を検出する不図示のエアフローメータ(流量計)が設けられている。エアコンプレッサA2は、モータMによって駆動される。このモータMは、後述の制御部50によって駆動制御される。
In the oxidizing
酸化オフガス流路12には、燃料電池20の出口側の流路を開閉するための遮断弁A4、圧力調整弁A5、及び加湿器A21が設けられている。圧力調整弁A5は、燃料電池20への供給空気圧を設定する調圧(減圧)器として機能する。制御部50は、エアコンプレッサA2を駆動するモータMの回転数及び圧力調整弁A5の開度面積を調整することによって、燃料電池20への供給空気圧や供給空気流量を制御する。
The oxidation off gas channel 12 is provided with a shutoff valve A4, a pressure regulating valve A5, and a humidifier A21 for opening and closing the channel on the outlet side of the
燃料ガス供給系FSSは、水素供給源30と、燃料ガス流路31と、循環流路32と、循環ポンプH13と、排気排水流路33とを有している。燃料ガス流路31は、水素供給源30から燃料電池20のアノードに供給される水素ガス(燃料ガス)が流れる流路である。循環流路32は、燃料電池20から排出された水素オフガス(燃料オフガス)を燃料ガス流路31に帰還させるための流路である。循環ポンプH13は、循環流路32内の水素オフガスを燃料ガス流路31に圧送するポンプである。排気排水流路33は、循環流路32に分岐接続される流路である。
The fuel gas supply system FSS has a
水素供給源30は、例えば高圧水素タンクで構成され、高圧(例えば、35MPa〜70MPa)の水素ガスを貯蔵するものであるが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。遮断弁H1を開くと、水素供給源30から燃料ガス流路31に水素ガスが流出する。水素ガスは、レギュレータH2やインジェクタH3により、例えば200kPa程度まで減圧されて、燃料電池20に供給される。
The
燃料ガス流路31には、遮断弁H1と、レギュレータH2と、インジェクタH3と、不図示の圧力センサ等が設けられている。遮断弁H1は、水素供給源30からの水素ガスの供給を遮断又は許容するための弁である。レギュレータH2は、水素ガスの圧力を調整するものである。インジェクタH3は、燃料電池20への水素ガス供給量を制御するものである。
The
レギュレータH2は、その上流側圧力(一次圧)を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。インジェクタH3の上流側にレギュレータH2を配置することにより、インジェクタH3の上流側圧力を効果的に低減させることができる。 The regulator H2 is a device that regulates the upstream side pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure, and includes, for example, a mechanical pressure reducing valve that reduces the primary pressure. The mechanical pressure reducing valve has a housing in which a back pressure chamber and a pressure adjusting chamber are formed with a diaphragm therebetween, and the primary pressure is reduced to a predetermined pressure in the pressure adjusting chamber by the back pressure in the back pressure chamber. It has a configuration for the next pressure. By disposing the regulator H2 upstream of the injector H3, the upstream pressure of the injector H3 can be effectively reduced.
インジェクタH3は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタH3は、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座と、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向(気体流れ方向)に移動可能に格納保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。 The injector H3 is an electromagnetically driven on-off valve that can adjust the gas flow rate and the gas pressure by driving the valve body directly with a predetermined driving cycle with an electromagnetic driving force and separating it from the valve seat. The injector H3 has a valve seat having an injection hole for injecting gaseous fuel such as hydrogen gas, a nozzle body for supplying and guiding the gaseous fuel to the injection hole, and moves in the axial direction (gas flow direction) with respect to the nozzle body. And a valve body that is stored and held so as to open and close the injection hole.
インジェクタH3の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、制御部50から出力される制御信号によってインジェクタH3のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御することが可能なように構成されている。インジェクタH3は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタH3のガス流路に設けられた弁体の開口面積(開度)及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側に供給されるガス流量(又は水素モル濃度)を調整する。
The valve body of the injector H3 is driven by a solenoid that is an electromagnetic drive device, and is configured such that the gas injection time and gas injection timing of the injector H3 can be controlled by a control signal output from the
循環流路32には、気液分離器H11及び排気排水弁H12を介して、排気排水流路33が接続されている。排気排水弁H12は、制御部50からの指令によって作動することにより、循環流路32内の不純物を含む水素オフガスと水分とを外部に排出するための弁である。排気排水弁H12の開弁により、循環流路32内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する水素オフガス中の水素濃度を上げることができる。
An exhaust /
排気排水弁H12を介して排出される水素オフガスは、酸化オフガス流路12を流れる空気オフガスと混合され、不図示の希釈器によって希釈される。循環ポンプH13は、循環系内の水素オフガスをモータ駆動により燃料電池20に循環供給する。
The hydrogen off-gas discharged through the exhaust / drain valve H12 is mixed with the air off-gas flowing through the oxidation off-gas passage 12 and diluted by a diluter (not shown). The circulation pump H13 circulates and supplies the hydrogen off gas in the circulation system to the
電力系ESは、DC/DCコンバータ41と、トラクションインバータ42と、トラクションモータ43と、バッテリ44と、補機類等を備えている。燃料電池システム1は、DC/DCコンバータ41とトラクションインバータ42とが並列に燃料電池20に接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。また、DC/DCコンバータ41とトラクションモータ43とは、トラクションインバータ42を介して電気的に接続されている。
The electric power system ES includes a DC /
DC/DCコンバータ41は、バッテリ44から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ42に出力する機能と、燃料電池20が発電した直流電力又は回生制動によりトラクションモータ43が回収した回生電力を降圧してバッテリ44に充電する機能とを有する。DC/DCコンバータ41のこれらの機能により、バッテリ44の充放電が制御される。また、DC/DCコンバータ41による電圧変換制御により、この燃料電池20の運転ポイント(出力端子電圧、出力電流)が制御される。
The DC /
燃料電池20には、電圧センサS1と電流センサS2とが取り付けられている。電圧センサS1は、燃料電池20の出力端子電圧(セル電圧)を検出するためのセンサである。電流センサS2は、燃料電池20の出力電流を検出するためのセンサである。
A voltage sensor S1 and a current sensor S2 are attached to the
バッテリ44は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギ貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ44としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリ44には、SOC(State of charge)を検出するためのSOCセンサが取り付けられている。
The
トラクションインバータ42は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるPWMインバータである。トラクションインバータ42は、制御部50からの制御指令に従って、燃料電池20又はバッテリ44から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ43の回転トルクを制御する。トラクションモータ43は、例えば三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。
The
補機類は、燃料電池20の作動に関連する周辺機器類であり、より具体的には、燃料電池システム1内の各部に配置されている各モータ(例えば、ポンプ類などの動力源)、これらのモータを駆動するためのインバータ類、及び各種の車載補機類(例えば、エアコンプレッサA2、インジェクタH3、冷却液ポンプC2、ラジエータC1など)を総称するものである。
Auxiliary equipment is peripheral equipment related to the operation of the
以下、これら補機類のうち、特に燃料電池20への流体給排に関連する機器、言い換えれば、空気、水素ガスおよび後述する冷却液の給排に関連する機器、さらに具体的には、例えば酸化ガス供給系ASSにおける遮断弁A3,A4、加湿器A21及び圧力調整弁A5、燃料ガス供給系FSSにおけるレギュレータH2、インジェクタH3、気液分離器H11、排気排水弁H12及び循環ポンプH13、後述する燃料電池冷却系FCCSにおける温度センサT1,T2、およびこれらに接続される配管又は配線を含むものを補機45と称して説明する。
Hereinafter, among these auxiliary machines, in particular, equipment related to fluid supply and discharge to the
燃料電池冷却系FCCSは、ラジエータC1と、冷却液ポンプC2と、冷却液往路C3と、冷却液復路C4とを有している。ラジエータC1は、燃料電池20を冷却するための冷却液を放熱して冷却するものである。冷却液ポンプC2は、冷却液を燃料電池20とラジエータC1との間で循環させるためのポンプである。
The fuel cell cooling system FCCS includes a radiator C1, a coolant pump C2, a coolant forward path C3, and a coolant return path C4. The radiator C1 radiates and cools the coolant for cooling the
冷却液往路C3は、ラジエータC1と燃料電池20とを繋ぐ流路であって、温度センサT1と冷却液ポンプC2が設けられている。冷却液ポンプC2が駆動することで、冷却液はラジエータC1から燃料電池20へと冷却液往路C3を通って流れる。冷却液復路C4は、燃料電池20とラジエータC1とを繋ぐ流路であって、温度センサT2が設けられている。冷却液ポンプC2が駆動することで、燃料電池20を冷却した冷却液はラジエータC1へと還流する。
The coolant forward path C3 is a channel connecting the radiator C1 and the
コンバータ冷却系DCCSは、ラジエータC11と、冷却液ポンプC12と、冷却液往路C13と、冷却液復路C14とを有している。ラジエータC11は、DC/DCコンバータ41を冷却するための冷却液を放熱して冷却するものである。冷却液ポンプC12は、冷却液をDC/DCコンバータ41とラジエータC11との間で循環させるためのポンプである。
The converter cooling system DCCS includes a radiator C11, a coolant pump C12, a coolant forward path C13, and a coolant return path C14. The radiator C11 radiates and cools the cooling liquid for cooling the DC /
冷却液往路C13は、ラジエータC11とDC/DCコンバータ41とを繋ぐ流路であって、温度センサT11と冷却液ポンプC12が設けられている。冷却液ポンプC12が駆動することで、冷却液はラジエータC11からDC/DCコンバータ41へと冷却液往路C13を通って流れる。冷却液復路C14は、DC/DCコンバータ41とラジエータC11とを繋ぐ流路であって、温度センサT12が設けられている。冷却液ポンプC12が駆動することで、DC/DCコンバータ41を冷却した冷却液はラジエータC11へと還流する。
The coolant forward path C13 is a channel connecting the radiator C11 and the DC /
制御部50は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インタフェイスを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム1の各部を制御するものである。例えば、制御部50は、イグニッションスイッチから出力される起動信号IGを受信すると、燃料電池システム1の運転を開始する。その後、制御部50は、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ACCや、車速センサから出力される車速信号VCなどを基に、燃料電池システム1全体の要求電力を求める。
The
そして、制御部50は、燃料電池20とバッテリ44とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池20の発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系ASS及び燃料ガス供給系FSSを制御するとともに、DC/DCコンバータ41を制御して、燃料電池20の運転ポイント(出力端子電圧、出力電流)を制御する。
Then, the
更に、制御部50は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、U相、V相、及びW相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ42に出力し、トラクションモータ43の出力トルク、及び回転数を制御する。更に、制御部50は、燃料電池冷却系FCCS及びコンバータ冷却系DCCSを制御して燃料電池20やDC/DCコンバータ41が適切な温度に維持されるように制御する。
Further, the
次に、図2及び図3を参照しながら、本実施形態に係る燃料電池システム1の車載レイアウトについて説明する。
車両(燃料電池車両)Vの前部に形成されたコンパートメント100内には、トラクションインバータ42とトラクションモータ43と制御部50が配置されている。また、コンパートメント100内には、図2及び図3においては図示を略すが、図1に示すエアフィルタA1およびエアコンプレッサA2と、ラジエータC1およびラジエータC11も配置されている。Next, an in-vehicle layout of the
A
そして、コンパートメント100よりも車両後方の床下、すなわち、車室101下の床下空間102には、DC/DCコンバータ41と、補機45と、燃料電池20とが、車両前後方向前側から、この順に上下左右の位置を概ね合わせて直列に配置されている。
A DC /
燃料電池20は単セルの積層方向の一方の端板(セル積層方向一端部)20aを車両前方に向けて、また、他方の端板(セル積層方向他端部)20bを車両後方に向けて配置されている。なお、本実施形態の燃料電池20は、車両前方側の端板20aに当該燃料電池20への配管の接続部がすべて纏められている。また、この端板20a側が燃料電池20の総マイナス極とされ、反体側の端板20b側が総プラス極とされている。
The
そして、燃料電池20の車両後方位置、例えば後部座席の背もたれシート110下よりもトランクルーム103側の位置に水素供給源30が配置されている(図3参照)。
And the
以上述べた第1実施形態によれば、車両の床下に配置される燃料電池20、同じく床下に配置されるDC/DCコンバータ41および同じく床下に配置される燃料電池20用の補機45が、車両前後方向前側からDC/DCコンバータ41、補機45、燃料電池20の順に直列に配置されているため、これらDC/DCコンバータ41、補機45および燃料電池20を車両床下において車幅方向および上下方向に狭いスペースに効率良く配置することができる。
According to the first embodiment described above, the
よって、燃料電池20およびDC/DCコンバータ41を床下のサイドメンバ間の幅を使用して搭載することが可能になる。また、燃料電池20を車両後部側に配置することができるため、前部座席(運転席、助手席)の足下クロスメンバの高さ方向の制限を避けることができ、燃料電池20のセルの高さを確保することができる。
Therefore, the
なお、上記第1実施形態の配置による優れた効果を検証するため、車両前後方向前側からDC/DCコンバータ41、補機45、燃料電池20の順に直列に配置した実施例1と、車両前後方向前側から補機45、燃料電池20、DC/DCコンバータ41の順に直列に配置した比較例1と、車両前後方向前側から補機45、DC/DCコンバータ41、燃料電池20の順に直列に配置した比較例2とを比較した。
In order to verify the superior effect of the arrangement of the first embodiment, Example 1 in which the DC /
なお、燃料電池20は燃料電池システム1の構成要素としては最大級の部品であるのに対して、補機45およびDC/DCコンバータ41は比較的大きめの部品ではあるものの燃料電池20よりは小さい。
The
(実施例1)
まず、実施例1の車載レイアウトについて、図4を参照しながら説明する。
図4中の「FC」は燃料電池20、「FCエア」は酸化ガス供給系ASS、「FC水素」は燃料ガス供給系FSS、「FC冷却」は燃料電池冷却系FCCS、「高電圧」は高電圧系の配線(メインの電源ライン)、「低電圧」は低電圧系の配線(12Vバッテリ系)、「補機」は補機45、「FDC」はDC/DCコンバータ41、「FDC冷却」はコンバータ冷却系DCCSをそれぞれ示している(後述の図5〜図7も同様)。Example 1
First, the in-vehicle layout of Example 1 will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, “FC” is the
なお、図4において、黒丸は配管や配線が接続しなければならない部分(システム構成要素)を示し、白丸は配管や配線が横切らざるを得ない部分(システム構成要素)を示している(後述の図5〜図7も同様)。 In FIG. 4, black circles indicate parts (system components) to which pipes and wires must be connected, and white circles indicate parts (system components) in which the pipes and wires must be crossed (described later). The same applies to FIGS.
<「FC」の項目中の「FCエア」>
コンパートメント100内に配置されたエアフィルタA1から導入した空気を燃料電池20に供給するための酸化ガス流路11は、前記燃料ガス供給系FSSの配管よりも大径の配管によって形成されている。この配管は、コンパートメント100から床下に入り、DC/DCコンバータ41を車幅方向に横切って(以下、単に「横切って」等ということがある。)、補機45の加湿器A21及び遮断弁A3に接続した後、燃料電池20に接続している。<“FC Air” in the “FC” section>
The oxidizing
また、燃料電池20から排出された空気オフガスを車外へと導出するための酸化オフガス流路12は、前記酸化ガス流路11の配管と同様、前記燃料ガス供給系FSSの配管よりも大径の配管によって形成されている。この配管は、床下において、燃料電池20から延出して補機45の遮断弁A4、圧力調整弁A5及び加湿器A21に接続した後、燃料電池20を横切って水素供給源30よりも後方に延出し、最終的に車外に開口している。
Further, the oxidizing off-gas passage 12 for leading the air off-gas discharged from the
<「FC」の項目中の「FC水素」>
車両後部に配置された水素供給源30からの水素ガスを燃料電池20に供給するため燃料ガス流路31は、前記酸化ガス供給系ASSの配管よりも小径の配管によって形成されている。この配管は、車両後部から床下に入り、燃料電池20を横切って補機45のレギュレータH2及びインジェクタH3に接続した後、燃料電池20に接続している。<"FC hydrogen" in the "FC"item>
In order to supply the
また、燃料電池20から排出された水素オフガスを燃料ガス流路31に戻すための循環流路32は、前記燃料ガス流路31の配管と同様、前記酸化ガス供給系ASSの配管よりも小径の配管によって形成されている。この配管は、床下において、燃料電池20から延出して補機45の気液分離器H11及び排気排水弁H12に接続した後、酸化オフガス流路12に接続している。
Further, the
<「FC」の項目中の「FC冷却」>
コンパートメント100内に配置されたラジエータC1からの冷却液を冷却液ポンプC2によって燃料電池20に導入するための冷却液往路C3は、前記燃料ガス供給系FSSの配管よりも大径の配管によって形成されている。この配管は、コンパートメント100から床下に入り、DC/DCコンバータ41を横切って補機45の温度センサT1に接続した後、燃料電池20に接続している。<"FC cooling" in the "FC"item>
The coolant forward path C3 for introducing the coolant from the radiator C1 disposed in the
また、燃料電池20からの冷却液をラジエータC1に導入するための冷却液復路C4は、前記冷却液往路C3の配管と同様、前記燃料ガス供給系FSSの配管よりも大径の配管によって形成されている。この配管は、床下において、燃料電池20から延出して補機45の温度センサT2に接続した後、DC/DCコンバータ41を横切ってコンパートメント100内に入り、ラジエータC1に接続している。
Further, the coolant return path C4 for introducing the coolant from the
<「FC」の項目中の「高電圧」>
燃料電池20の端板20a側の総マイナス極からの高電圧配線(以下、FC系高電圧配線)は、前記酸化ガス供給系ASSや燃料電池冷却系FCCSの配管よりも小径の電線である。この電線は、床下において、燃料電池20の端板20aから延出して補機45を横切り、DC/DCコンバータ41に接続している。<"High voltage" in the "FC"item>
The high voltage wiring (hereinafter referred to as FC system high voltage wiring) from the total negative pole on the
燃料電池20の端板20b側の総プラス極からのFC系高電圧配線は、前記総マイナス極からのFC系高電圧配線と同様、前記酸化ガス供給系ASSや燃料電池冷却系FCCSの配管よりも小径の電線である。この電線は、床下において、燃料電池20の端板20bから延出して当該燃料電池20および補機45を横切り、DC/DCコンバータ41に接続している。
The FC high-voltage wiring from the total positive electrode on the
<「FC」の項目中の「低電圧(CM)」>
燃料電池20の端板20a側からのセル電圧測定用の低電圧配線(以下、FC系低電圧配線)は、前記酸化ガス供給系ASSや燃料電池冷却系FCCSの配管よりも小径の電線群である。この電線群は、床下において、補機45およびDC/DCコンバータ41を横切ってコンパートメント100内に入り、制御部50に接続している。<"Low voltage (CM)" in the "FC"item>
The low voltage wiring for measuring the cell voltage from the
<「補機」の項目中の「高電圧」>
コンパートメント100内に配置されたトラクションインバータ42からの高電圧配線(以下、補機系高電圧配線)は、前記FC系高電圧配線及びFC系低電圧配線の電線よりも大径の電線である。この電線は、コンパートメント100から床下に入り、DC/DCコンバータ41を横切って補機45の循環ポンプH13に接続している。<"High voltage" in the "Auxiliary equipment"item>
The high voltage wiring (hereinafter referred to as “auxiliary system high voltage wiring”) from the
<「補機」の項目中の「低電圧」>
コンパートメント100内に配置された制御部50からの低電圧配線(以下、補機系低電圧配線)は、前記補機系高電圧配線と同様、前記FC系高電圧配線及びFC系低電圧配線の電線よりも大径の電線である。この電線は、コンパートメント100から床下に入り、DC/DCコンバータ41を横切って補機45の弁類及びセンサ類に接続されている。<"Low voltage" in "Auxiliary equipment">
The low voltage wiring (hereinafter referred to as “auxiliary system low voltage wiring”) from the
<「FDC」の項目中の「高電圧」>
DC/DCコンバータ41からの高電圧配線(以下、FDC系高電圧配線)は、前記FC系高電圧配線及びFC系低電圧配線の電線よりも大径の電線である。この電線は、床下からコンパートメント100内に入り、トラクションインバータ42を介してトラクションモータ43に接続している。<"High voltage" in the "FDC"item>
The high voltage wiring (hereinafter referred to as FDC high voltage wiring) from the DC /
<「FDC」の項目中の「低電圧」>
DC/DCコンバータ41からの低電圧配線(以下、FDC系低電圧配線)は、前記FDC系高電圧配線と同様、前記FC系高電圧配線及びFC系低電圧配線の電線よりも大径の信号線である。この信号線は、床下からコンパートメント100内に入り、制御部50に接続している。<"Low voltage" in the item "FDC">
The low voltage wiring (hereinafter referred to as FDC system low voltage wiring) from the DC /
<「FDC」の項目中の「FDC冷却」>
コンパートメント100内に配置されたラジエータC11からの冷却液を冷却液ポンプC12によってDC/DCコンバータ41に供給するための冷却液往路C13は、前記燃料電池冷却系FCCSの配管よりも小径の配管によって形成されている。この配管は、コンパートメント100から床下に入り、DC/DCコンバータ41に接続している。<"FDC cooling" in the item "FDC">
The coolant forward path C13 for supplying the coolant from the radiator C11 disposed in the
また、DC/DCコンバータ41からの冷却液をラジエータC11に導入するための冷却液復路C14は、前記冷却液往路C13と同様、燃料電池冷却系FCCSの配管よりも小径の配管によって形成されている。この配管は、床下からコンパートメント100内に入り、ラジエータC11に接続している。
Further, the coolant return path C14 for introducing the coolant from the DC /
以上のとおり、この実施例1では、DC/DCコンバータ41、補機45および燃料電池20のそれぞれの間における配管および配線の接続関係(配索)は、燃料電池20とDC/DCコンバータ41との間の配線のみ交錯するものの他は冗長な配索とはならずに良好である。
As described above, in the first embodiment, the connection relationship (routing) of the piping and wiring among the DC /
(比較例1)
次に、比較例1の車載レイアウトについて、図5を参照しながら説明する。
<「FC」の項目中の「FCエア」>
コンパートメント100内に配置されたエアフィルタA1から導入した空気を燃料電池20に供給するための酸化ガス流路11を形成する配管は、コンパートメント100から床下に入り、補機45の加湿器A21及び遮断弁A3に接続した後、燃料電池20に接続している。(Comparative Example 1)
Next, the in-vehicle layout of Comparative Example 1 will be described with reference to FIG.
<“FC Air” in the “FC” section>
The piping that forms the oxidizing
また、燃料電池20から排出された空気オフガスを車外へと導出するための酸化オフガス流路12を形成する配管は、床下において、燃料電池20から延出して補機45の遮断弁A4、圧力調整弁A5及び加湿器A21に接続した後、燃料電池20及びDC/DCコンバータ41を横切って水素供給源30よりも後方に延出し、最終的に車外に開口している。
Further, the piping that forms the oxidizing offgas flow path 12 for leading the air offgas discharged from the
<「FC」の項目中の「FC水素」>
車両後部に配置された水素供給源30からの水素ガスを燃料電池20に供給するための燃料ガス流路31を形成する配管は、車両後部から床下に入り、DC/DCコンバータ41及び燃料電池20を横切って補機45のレギュレータH2及びインジェクタH3に接続した後、燃料電池20に接続している。<"FC hydrogen" in the "FC"item>
A pipe that forms a fuel
また、燃料電池20から排出された水素オフガスを燃料ガス流路31に戻すための循環流路32を形成する配管は、床下において、燃料電池20から延出して補機45の気液分離器H11及び排気排水弁H12に接続した後、酸化オフガス流路12に接続している。
A pipe forming a
<「FC」項目中の「FC冷却」>
コンパートメント100内に配置されたラジエータC1からの冷却液を冷却液ポンプC2によって燃料電池20に導入するための冷却液往路C3を形成する配管は、コンパートメント100から床下に入り、補機45の温度センサT1に接続した後、燃料電池20に接続している。<"FC cooling" in the "FC"item>
A pipe that forms a coolant forward path C3 for introducing coolant from the radiator C1 disposed in the
また、燃料電池20からの冷却液をラジエータC1に導入するための冷却液復路C4を形成する配管は、床下において、燃料電池20から延出して補機45の温度センサT2に接続した後、コンパートメント100内に入り、ラジエータC1に接続している。
Also, the piping forming the coolant return path C4 for introducing the coolant from the
<「FC」の項目中の「高電圧」>
燃料電池20の端板20a側の総マイナス極からのFC系高電圧配線は、床下において、燃料電池20の端板20aから延出して当該燃料電池20を横切り、DC/DCコンバータ41に接続している。
燃料電池20の端板20b側の総プラス極からのFC系高電圧配線は、床下において、燃料電池20の端板20bから延出してDC/DCコンバータ41に接続している。<"High voltage" in the "FC"item>
The FC high voltage wiring from the total negative pole on the
FC high-voltage wiring from the total positive pole on the
<「FC」の項目中の「低電圧(CM)」>
燃料電池20の端板20a側からのセル電圧測定用のFC系低電圧配線は、床下において燃料電池20の端板20aから延出して補機45を横切った後、コンパートメント100内に入り、制御部50に接続している。<"Low voltage (CM)" in the "FC"item>
The FC low voltage wiring for measuring the cell voltage from the
<「補機」の項目中の「高電圧」>
コンパートメント100内に配置されたトラクションインバータ42からの補機系高電圧配線は、コンパートメント100から床下に入り、補機45の循環ポンプH13に接続している。<"High voltage" in the "Auxiliary equipment"item>
The auxiliary system high voltage wiring from the
<「補機」の項目中の「低電圧」>
コンパートメント100内に配置された制御部50からの補機系低電圧配線は、コンパートメント100から床下に入り、補機45の弁類及びセンサ類に接続されている。<"Low voltage" in "Auxiliary equipment">
The auxiliary system low voltage wiring from the
<「FDC」の項目中の「高電圧」>
DC/DCコンバータ41からのFDC系高電圧配線は、床下において燃料電池20及び補機45を横切った後、コンパートメント100内に入り、トラクションインバータ42を介してトラクションモータ43に接続している。<"High voltage" in the "FDC"item>
The FDC system high voltage wiring from the DC /
<「FDC」の項目中の「低電圧」>
DC/DCコンバータ41からのFDC系低電圧配線は、床下において燃料電池20及び補機45を横切った後、コンパートメント100内に入り、制御部50に接続している。<"Low voltage" in the item "FDC">
The FDC system low voltage wiring from the DC /
<「FDC」の項目中の「FDC冷却」>
コンパートメント100内に配置されたラジエータC11からの冷却液を冷却液ポンプC12によってDC/DCコンバータ41に供給するための冷却液往路C13を形成する配管は、コンパートメント100から床下に入り、補機45及び燃料電池20を横切った後、DC/DCコンバータ41に接続している。<"FDC cooling" in the item "FDC">
The piping that forms the coolant forward path C13 for supplying the coolant from the radiator C11 disposed in the
また、DC/DCコンバータ41からの冷却液をラジエータC11に導入するための冷却液復路C14を形成する配管は、床下において燃料電池20及び補機45を横切った後、コンパートメント100内に入り、ラジエータC11に接続している。
Further, the pipe forming the coolant return path C14 for introducing the coolant from the DC /
この比較例1では、補機45、燃料電池20およびDC/DCコンバータ41間の配策は交錯せず良好である。また、燃料電池20およびDC/DCコンバータ41を床下のサイドメンバ間の幅を使用して搭載することが可能になる。
しかしながら、燃料電池20を車両後部側に配置することができないため、前部座席(運転席、助手席)の足下クロスメンバの高さ方向の制限を避けることができず、燃料電池20のセルの高さを確保することができない。DC/DCコンバータ41は高さ方向に不利であり、DC/DCコンバータ41への配線が補機45および燃料電池20を多く横切ることになる。In this comparative example 1, the arrangement between the
However, since the
(比較例2)
次に、比較例2の車載レイアウトについて、図6を参照しながら説明する。
<「FC」の項目中の「FCエア」>
コンパートメント100内に配置されたエアフィルタA1から導入した空気を燃料電池20に供給するための酸化ガス流路11を形成する配管は、コンパートメント100から床下に入り、補機45の加湿器A21及び遮断弁A3に接続した後、DC/DCコンバータ41を横切って燃料電池20に接続している。(Comparative Example 2)
Next, the in-vehicle layout of Comparative Example 2 will be described with reference to FIG.
<“FC Air” in the “FC” section>
The piping that forms the oxidizing
また、燃料電池20から排出された空気オフガスを車外へと導出するための酸化オフガス流路12を形成する配管は、床下において、燃料電池20から延出してDC/DCコンバータ41を横切り、補機45の遮断弁A4、圧力調整弁A5及び加湿器A21に接続した後、DC/DCコンバータ41及び燃料電池20を横切って水素供給源30よりも後方に延出し、最終的に車外に開口している。
Also, the piping that forms the oxidizing off-gas flow path 12 for leading the air off-gas discharged from the
<「FC」の項目中の「FC水素」>
車両後部に配置された水素供給源30からの水素ガスを燃料電池20に供給するための燃料ガス流路31を形成する配管は、車両後部から床下に入り、燃料電池20及びDC/DCコンバータ41を横切って補機45のレギュレータH2及びインジェクタH3に接続した後、燃料電池20に接続している。<"FC hydrogen" in the "FC"item>
A pipe that forms a fuel
また、燃料電池20から排出された水素オフガスを燃料ガス流路31に戻すための循環流路32を形成する配管は、床下において、燃料電池20から延出してDC/DCコンバータ41を横切り、補機45の気液分離器H11及び排気排水弁H12に接続した後、酸化オフガス流路12に接続している。
Also, the piping that forms the
<「FC」項目中の「FC冷却」>
コンパートメント100内に配置されたラジエータC1からの冷却液を冷却液ポンプC2によって燃料電池20に導入するための冷却液往路C3を形成する配管は、コンパートメント100から床下に入り、補機45の温度センサT1に接続した後、DC/DCコンバータ41を横切って燃料電池20に接続している。<"FC cooling" in the "FC"item>
A pipe that forms a coolant forward path C3 for introducing coolant from the radiator C1 disposed in the
また、燃料電池20からの冷却液をラジエータC1に導入するための冷却液復路C4を形成する配管は、床下において、燃料電池20から延出してDC/DCコンバータ41を横切り、補機45の温度センサT2に接続した後、コンパートメント100内に入り、ラジエータC1に接続している。
Further, a pipe forming a coolant return path C4 for introducing coolant from the
<「FC」の項目中の「高電圧」>
燃料電池20の端板20a側の総マイナス極からのFC系高電圧配線は、床下において、燃料電池20の端板20aから延出してDC/DCコンバータ41に接続している。
また、燃料電池20の端板20b側の総プラス極からのFC系高電圧配線は、床下において、燃料電池20の端板20bから延出して当該燃料電池20を横切り、DC/DCコンバータ41に接続している。<"High voltage" in the "FC"item>
FC high-voltage wiring from the total negative pole on the
Also, the FC high-voltage wiring from the total positive pole on the
<「FC」の項目中の「低電圧(CM)」>
燃料電池20の端板20a側からのセル電圧測定用のFC系低電圧配線は、床下において燃料電池20の端板20aから延出してDC/DCコンバータ41及び補機45を横切った後、コンパートメント100内に入り、制御部50に接続している。<"Low voltage (CM)" in the "FC"item>
The FC system low voltage wiring for measuring the cell voltage from the
<「補機」の項目中の「高電圧」>
コンパートメント100内に配置されたトラクションインバータ42からの補機系高電圧配線は、コンパートメント100から床下に入り、補機45の循環ポンプH13に接続している。<"High voltage" in the "Auxiliary equipment"item>
The auxiliary system high voltage wiring from the
<「補機」の項目中の「低電圧」>
コンパートメント100内に配置された制御部50からの補機系低電圧配線は、コンパートメント100から床下に入り、補機45の弁類及びセンサ類に接続されている。<"Low voltage" in "Auxiliary equipment">
The auxiliary system low voltage wiring from the
<「FDC」の項目中の「高電圧」>
DC/DCコンバータ41からのFDC系高電圧配線は、床下において補機45を横切った後、コンパートメント100内に入り、トラクションインバータ42を介してトラクションモータ43に接続している。<"High voltage" in the "FDC"item>
The FDC system high voltage wiring from the DC /
<「FDC」の項目中の「低電圧」>
DC/DCコンバータ41からのFDC系低電圧配線は、床下において補機45を横切った後、コンパートメント100内に入り、制御部50に接続している。<"Low voltage" in the item "FDC">
The FDC low voltage wiring from the DC /
<「FDC」の項目中の「FDC冷却」>
コンパートメント100内に配置されたラジエータC11からの冷却液を冷却液ポンプC12によってDC/DCコンバータ41に供給するための冷却液往路C13を形成する配管は、コンパートメント100から床下に入り、補機45を横切った後、DC/DCコンバータ41に接続している。<"FDC cooling" in the item "FDC">
The piping that forms the coolant forward path C13 for supplying the coolant from the radiator C11 disposed in the
また、DC/DCコンバータ41からの冷却液をラジエータC11に導入するための冷却液復路C14を形成する配管は、床下において補機45を横切った後、コンパートメント100内に入り、ラジエータC11に接続している。
Further, the pipe forming the coolant return path C14 for introducing the coolant from the DC /
この比較例2では、燃料電池20およびDC/DCコンバータ41を床下のサイドメンバ間の幅を使用して搭載することが可能になる。しかしながら、補機45と燃料電池20との配管がDC/DCコンバータ41を横切り、DC/DCコンバータ41とコンパートメント100との間の配線が補機45を横切るため、交錯度が大きい。
In Comparative Example 2, the
以上説明したように、上記比較例1では、DC/DCコンバータ41が燃料電池20の後方に配置されているため、DC/DCコンバータ41とコンパートメント100をつなぐ配線および配管が補機45および燃料電池20を横切る必要があるのに対し、実施例1では、DC/DCコンバータ41が補機45の前側に配置されているため、DC/DCコンバータ41とコンパートメント100をつなぐ配線および配管が補機45および燃料電池20を横切る必要がなくなる。
よって、燃料電池20、補機45およびDC/DCコンバータ41を車両床下において車幅方向の狭いスペースに効率良く配置することができる。As described above, in the first comparative example, since the DC /
Therefore, the
また、上記比較例2では、DC/DCコンバータ41が補機45の後方に配置されているため、DC/DCコンバータ41とコンパートメント100をつなぐ配線および配管が補機45を横切る必要があるのに対し、実施例1では、DC/DCコンバータ41が補機45の前側に配置されているため、DC/DCコンバータ41とコンパートメント100をつなぐ配線および配管が補機45を横切る必要がなくなる。
よって、燃料電池20、補機45およびDC/DCコンバータ41を車両床下において車幅方向の狭いスペースに効率良く配置することができる。In the second comparative example, since the DC /
Therefore, the
次に、本発明に係る燃料電池システムの第2実施形態について、主に図7を参照しながら第1実施形態との相違部分を中心に説明する。 Next, a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment mainly with reference to FIG.
第2実施形態では、コンパートメント100の車両後方の床下には、DC/DCコンバータ41と、燃料電池20と、補機45とが、車両前後方向前側から、この順に上下左右の位置を概ね合わせて直列に配置されており、補機45の車両後方には、水素供給源30が配置されている。
In the second embodiment, a DC /
また、第2実施形態では、燃料電池20の一方の端板、すなわち、コンパートメント100側の端板20aに、酸化ガス供給系ASSの酸化ガス流路11と、燃料電池冷却系FCCSとが接続されており、燃料電池20の他方の端板、すなわち、水素供給源30側の端板20bに、酸化ガス供給系ASSの酸化オフガス流路12と、燃料ガス供給系FSSが接続されている。
In the second embodiment, one end plate of the
そして、端板20aに接続される酸化ガス流路11、冷却液往路C3及び冷却液復路C4が一纏まりの配管群200として構成されている。一方、上記レギュレータH2、インジェクタH3、気液分離器H11、排気排水弁H12、循環ポンプH13、およびこれらに接続される配管及び配線が一纏まりの補機45として構成とされている。
このため、本実施形態の補機45および配管群200は、第1実施形の補機45よりも更に小さいシステム構成要素になっている。The oxidizing
For this reason, the
以上に述べた第2実施形態によれば、車両の床下に配置される燃料電池20、同じく床下に配置されるDC/DCコンバータ41および同じく床下に配置される補機45とが、車両前後方向前側からDC/DCコンバータ41、燃料電池20、補機45の順に直列に配置されているので、コンバータ、補機および燃料電池のそれぞれの間における配管および配線の接続関係(配索)は、第1実施形態の場合と同様、燃料電池とコンバータとの間の配線のみ交錯する部分が生じるものの、他は冗長な配索とはならずに良好となる。
よって、DC/DCコンバータ41、燃料電池20および補機45を車両床下において車幅方向の狭いスペースに効率良く配置することができる。According to the second embodiment described above, the
Therefore, the DC /
また、第1実施形態と比べて配管群200を補機45から分離した分、補機45全体の体格が小さくなるため、燃料ガス供給系FSSの経路短縮と配管の配策しやすさが向上する。ただし、補機45のスペースと配管群200のスペースとが分離することで燃料電池20およびDC/DCコンバータ41の車両前後方向長さが圧迫されることになり、性能および搭載性の点では第1実施形態の方が有利である。
Further, since the size of the
第2実施形態では、DC/DCコンバータ41が燃料電池20および補機45の前側に配置されているため、DC/DCコンバータ41とコンパートメント100をつなぐ配線および配管が補機45および燃料電池20を横切る必要がなくなる。よって、燃料電池20、補機45およびDC/DCコンバータ41を車両床下において車幅方向の狭いスペースに効率良く配置することができる。
In the second embodiment, since the DC /
以下、詳細な説明は省略するが、本発明の構成による優れた効果がいかにして得られるかを更に明確にするために、他の比較例についても簡単に説明する。
まず、燃料電池の一の側方に補機を他の側方にDC/DCコンバータを配置する並列配置では、燃料電池とDC/DCコンバータとの電気的接続は距離が近く接続し易いものの、燃料電池と補機との間の配管に曲げが多く、経路の無駄が多くなってしまう。また、車幅方向の狭いスペースに設置することはできない。Hereinafter, although detailed explanation is omitted, in order to further clarify how the excellent effect by the configuration of the present invention can be obtained, other comparative examples will be briefly described.
First, in the parallel arrangement in which the auxiliary machine is arranged on one side of the fuel cell and the DC / DC converter is arranged on the other side, the electrical connection between the fuel cell and the DC / DC converter is easy to connect. There are many bends in the piping between the fuel cell and the auxiliary equipment, and the waste of the route increases. Moreover, it cannot be installed in a narrow space in the vehicle width direction.
また、燃料電池の一の側方に補機を、補機の燃料電池とは反対の側方にDC/DCコンバータを配置する並列配置では、燃料電池とDC/DCコンバータとの間に補機が入り、電気的接続に無駄が多くなり、燃料電池と補機との間の配管に曲げが多く、経路の無駄も多くなってしまう。また、車幅方向の狭いスペースに設置することはできない。 In a parallel arrangement in which an auxiliary machine is disposed on one side of the fuel cell and a DC / DC converter is disposed on the side opposite to the fuel cell of the auxiliary machine, the auxiliary machine is disposed between the fuel cell and the DC / DC converter. This leads to wasteful electrical connection, a lot of bending in the piping between the fuel cell and the auxiliary machine, and wasteful path. Moreover, it cannot be installed in a narrow space in the vehicle width direction.
また、燃料電池の一の側方にDC/DCコンバータを、DC/DCコンバータの燃料電池とは反対の側方に補機を配置する並列配置では、燃料電池と補機との間にDC/DCコンバータが入いるため、距離も長くなり、無駄な経路も多くなってしまう。また、車幅方向の狭いスペースに設置することはできない。 In a parallel arrangement in which a DC / DC converter is arranged on one side of the fuel cell and an auxiliary machine is arranged on the side opposite to the fuel cell of the DC / DC converter, a DC / DC is provided between the fuel cell and the auxiliary machine. Since the DC converter is installed, the distance becomes long and the number of useless paths increases. Moreover, it cannot be installed in a narrow space in the vehicle width direction.
また、燃料電池の一の側方にDC/DCコンバータを並列に配置し、燃料電池の車両前方に補機を直列に配置すると、配管の行き戻りがなくなり良好である。しかし、車幅方向の狭いスペースに設置することはできない。 In addition, if a DC / DC converter is arranged in parallel on one side of the fuel cell and an auxiliary machine is arranged in series in front of the fuel cell in the vehicle, it is preferable that the piping does not go back and forth. However, it cannot be installed in a narrow space in the vehicle width direction.
また、燃料電池の一の側方にDC/DCコンバータを並列に配置し、燃料電池の車両後方に補機を直列に配置すると、燃料電池の配管接続用の端板と補機とが反対側となり、配管の配策が冗長となってしまう。また、車幅方向の狭いスペースに設置することはできない。 In addition, when a DC / DC converter is arranged in parallel on one side of the fuel cell and an auxiliary machine is arranged in series behind the vehicle of the fuel cell, the end plate for connecting the fuel cell pipe and the auxiliary machine are on the opposite side. Therefore, the piping arrangement becomes redundant. Moreover, it cannot be installed in a narrow space in the vehicle width direction.
また、燃料電池の一の側方に補機を並列に配置し、燃料電池の車両後方にDC/DCコンバータを直列に配置すると、燃料電池とDC/DCコンバータとの配線は交錯する部位が少なくて良いものの、燃料電池と補機との間の配管に曲げが多く、経路の無駄が多くなってしまう。また、車幅方向の狭いスペースに設置することはできない。 In addition, when an auxiliary machine is arranged in parallel on one side of the fuel cell, and a DC / DC converter is arranged in series behind the fuel cell, the wiring between the fuel cell and the DC / DC converter has few parts that cross each other. However, there are many bends in the piping between the fuel cell and the auxiliary machine, and the path is wasted. Moreover, it cannot be installed in a narrow space in the vehicle width direction.
また、燃料電池の一の側方に補機を並列に配置し、燃料電池の車両前方にDC/DCコンバータを直列に配置すると、DC/DCコンバータが補機配策途中にあり配策上不利となり、燃料電池と補機との間の配管に曲げが多く、経路の無駄が多くなってしまう。また、車幅方向の狭いスペースに設置することはできない。 Also, if an auxiliary machine is arranged in parallel on one side of the fuel cell and a DC / DC converter is arranged in series in front of the fuel cell vehicle, the DC / DC converter is in the middle of the auxiliary machine arrangement, which is disadvantageous in the arrangement. Therefore, there are many bends in the piping between the fuel cell and the auxiliary machine, and the path is wasted. Moreover, it cannot be installed in a narrow space in the vehicle width direction.
また、燃料電池の車両後方に補機を直列に配置し、燃料電池の車両前方にDC/DCコンバータを直列に配置すると、燃料電池の配管接続用の端板と補機とが反対側となり、配管の配策が冗長となってしまう。 Further, when an auxiliary machine is arranged in series behind the fuel cell and a DC / DC converter is arranged in series in front of the fuel cell, the end plate for connecting the fuel cell pipe and the auxiliary machine are on the opposite side, The piping arrangement becomes redundant.
また、燃料電池の車両後方にDC/DCコンバータを直列に配置し、DC/DCコンバータの車両後方に補機を直列に配置すると、燃料電池の配管接続用の端板と補機とが反対側となり、しかも間にDC/DCコンバータが配置されるため、配管の配策が冗長となってしまう。 In addition, when a DC / DC converter is arranged in series behind the fuel cell and an auxiliary machine is arranged in series behind the DC / DC converter, the end plate for connecting the fuel cell pipe and the auxiliary machine are on the opposite side. In addition, since the DC / DC converter is arranged between them, the piping arrangement becomes redundant.
また、燃料電池の車両後方に補機を直列に配置し、補機の車両後方にDC/DCコンバータを直列に配置すると、燃料電池の配管接続用の端板と補機とが反対側となるため、配管の配策が冗長となってしまう。 In addition, when an auxiliary device is arranged in series behind the fuel cell and a DC / DC converter is arranged in series behind the auxiliary vehicle, the end plate for connecting the fuel cell pipe and the auxiliary device are on the opposite side. For this reason, the piping arrangement becomes redundant.
1 燃料電池システム
20 燃料電池
41 DC/DCコンバータ(コンバータ)
43 トラクションモータ
45 補機
50 制御部
100 コンパートメント
101 車室
102 床下空間
A2 エアコンプレッサ
C1,C11 ラジエータ
V 車両(燃料電池車両)1
43
Claims (4)
前記燃料電池の作動に関連する補機と、
前記燃料電池の発電電力を変換するコンバータと、を床下に備え、
車両前後方向に沿って、前記燃料電池、前記補機および前記コンバータを直列に配置し、前記補機を前記燃料電池と隣り合わせに配置してなり、
前記燃料電池は、酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなると共に、セル積層方向一端部側で酸化ガスおよび燃料ガスが給排されるものであり、
車両前後方向前側から、前記コンバータ、前記補機、前記燃料電池の順に直列に配置してなる車両用燃料電池システム。 A fuel cell that receives supply of oxidizing gas and fuel gas and generates electricity through an electrochemical reaction;
Auxiliary equipment related to the operation of the fuel cell;
A converter for converting the power generated by the fuel cell;
Along the vehicle longitudinal direction, the fuel cell, the auxiliary machine and the converter are arranged in series, the auxiliary machine is arranged next to the fuel cell,
The fuel cell is formed by stacking a required number of single cells that receive an oxidant gas and a fuel gas to generate power by an electrochemical reaction, and the oxidant gas and the fuel gas are supplied and discharged at one end side in the cell stacking direction. And
A vehicular fuel cell system in which the converter, the auxiliary device, and the fuel cell are arranged in series in this order from the front side in the vehicle front-rear direction.
前記燃料電池の作動に関連する補機と、
前記燃料電池の発電電力を変換するコンバータと、を床下に備え、
車両前後方向に沿って、前記燃料電池、前記補機および前記コンバータを直列に配置し、前記補機を前記燃料電池と隣り合わせに配置してなり、
前記燃料電池は、酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなると共に、セル積層方向一端部側で酸化ガスが給排され且つセル積層方向他端部側で燃料ガスが給排されるものであり、
車両前後方向前側から、前記コンバータ、前記燃料電池、前記補機の順に直列に配置してなる車両用燃料電池システム。 A fuel cell that receives supply of oxidizing gas and fuel gas and generates electricity through an electrochemical reaction;
Auxiliary equipment related to the operation of the fuel cell;
A converter for converting the power generated by the fuel cell;
Along the vehicle longitudinal direction, the fuel cell, the auxiliary machine and the converter are arranged in series, the auxiliary machine is arranged next to the fuel cell,
The fuel cell is formed by stacking a required number of single cells that receive an oxidant gas and a fuel gas to generate power by an electrochemical reaction, and the oxidant gas is supplied and discharged at one end side in the cell stacking direction and the cell stacking direction and the like. Fuel gas is supplied and discharged on the end side,
A vehicular fuel cell system in which the converter, the fuel cell, and the auxiliary device are arranged in series in this order from the front side in the vehicle front-rear direction.
車両前部に形成されたコンパートメント内に、前記コンバータと前記補機と前記燃料電池を制御する制御部と、前記燃料電池と前記コンバータを冷却するためのラジエータと、前記コンバータと電気的に接続された車両駆動用のトラクションモータと、前記燃料電池に酸化ガスとしての空気を圧送するエアコンプレッサと、が配置され、
前記コンパートメントの後方の車室下に形成された床下空間に、前記コンバータ、前記補機および前記燃料電池が配置されてなる燃料電池車両。 A fuel cell vehicle equipped with the vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
A compartment formed in the front part of the vehicle is electrically connected to the converter, the auxiliary device, a control unit for controlling the fuel cell, a radiator for cooling the fuel cell and the converter, and the converter. A traction motor for driving the vehicle, and an air compressor that pumps air as oxidizing gas to the fuel cell,
A fuel cell vehicle in which the converter, the auxiliary device, and the fuel cell are arranged in an underfloor space formed below a compartment behind the compartment.
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